DE4003972C2 - Emergency generator for an uninterruptible power supply - Google Patents

Emergency generator for an uninterruptible power supply

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Notstromaggregat für eine unterbrechungsfreie Stromversorgung mit einem Wechselstrommotor und einem fest mit diesem gekoppelten Wechselstromgenerator als eine als Frequenzwandler wirksame Einheit, einem hydraulischen Motor, der mit dem Wechselstromgenerator gekoppelt ist, einem Dieselmotor, einer mit dem Wechselstrommotor gekoppelten Hochdruckpumpe, einer Steuerschaltung zum Steuern der verschiedenen Funktionen des Aggregats, einem Unterbau, auf dem die einzelnen Komponenten des Notstromaggregats angeordnet sind, und einem Hochdruckbehälter und einem Vorratsbehälter, die mit dem hydraulischen Motor und der Hochdruckpumpe zum Bilden eines energiespeichernden Druckkreises verbunden sind.The invention relates to an emergency generator for an uninterruptible power supply with a AC motor and a permanently coupled to it AC generator as one as a frequency converter effective unit, a hydraulic motor that works with the AC generator is coupled, a diesel engine, one coupled to the AC motor High pressure pump, a control circuit for controlling the various functions of the unit, a substructure, on which the individual components of the emergency generator are arranged, and a high pressure container and one Storage tank with the hydraulic motor and the High pressure pump to form an energy storage Pressure circuit are connected.

Eine solche Vorrichtung ist aus der DE-OS 19 53 327 bekannt. Das bekannte Notstromaggregat weist eine mit dem Wechselstrom­ generator gekoppelte Hydraulikmaschine auf, die wahlweise als Motor, im Falle des Anlaufens des Notstromaggregats, oder als Pumpe, nach Erreichen der Solldrehzahl des Dieselmotors zum Aufladen des Druckspeichers, eingesetzt wird. Nach dem Anlaufen des Dieselmotors wird dieser als Hauptantrieb des Notstrom­ aggregats durch Einrücken einer Kupplung auf der Antriebswelle des Wechselstrommotors zugeschaltet. Gleichzeitig stellt die Hydraulikmaschine von Motor- auf Pumpenbetrieb um, wodurch der Druckspeicher aufgeladen wird. Nach Erreichen des Maximaldrucks im Druckspeicher fördert die Pumpe drucklos in den Vorratsbe­ hälter.Such a device is known from DE-OS 19 53 327. The known emergency generator has one with the alternating current generator coupled hydraulic machine, optionally as Motor, in the event of the emergency generator starting, or as Pump, after reaching the target speed of the diesel engine Charging the pressure accumulator is used. After starting of the diesel engine, this becomes the main drive for the emergency power aggregates by engaging a clutch on the drive shaft of the AC motor switched on. At the same time, the Hydraulic machine from motor to pump operation, whereby the Accumulator is charged. After reaching the maximum pressure in the pressure accumulator, the pump delivers pressure to the storage tank holder.

Aus Krausse: "Neue Wege zur Sofortbereitschaft", Elektrotechnik 67, H. 3, Feb. 1985, ist ebenfalls ein Notstromaggregat mit einer wahlweise als Pumpe oder Motor arbeitenden Hydraulikmaschine bekannt, bei dem zusätzlich noch, falls erforderlich, ein Schwungrad zwischen Dieselmotor und Wechselstrommotor angeordnet sein kann. Wenn der Druckspeicher seinen Sollwert erreicht hat, schwenkt die Pumpe auf Nullförderung und läuft sodann im Leerlauf mit.From Krausse: "New ways of immediate readiness", electrical engineering  67, H. 3, Feb. 1985, is also an emergency generator with one working either as a pump or motor Hydraulic machine known, in addition, if required a flywheel between the diesel engine and AC motor can be arranged. If the accumulator the pump swings open Zero funding and then runs at idle.

Weiterhin ist aus der GB-PS 750 270 ein Notstromaggregat bekannt, das eine separate Anordnung von Hydraulikmotor und -pumpe zeigt. Die Pumpe wird zur Speisung des Druckspeichers über einen Elektromotor angetrieben, der mit dem Wechselstromgenerator in Verbindung steht.Furthermore, an emergency generator is from GB-PS 750 270 known that a separate arrangement of hydraulic motor and -pump shows. The pump is used to feed the pressure accumulator driven by an electric motor that with the Alternator is connected.

Für ein Aggregat der beschriebenen Art gibt es im wesentlichen drei verschiedene Einsatzfälle:There is essentially one for an assembly of the type described three different applications:

  • 1. den totalen Ausfall des Netzstroms, bei welchem die Stromversorgung innerhalb von höchstens 30 Sekunden wiederhergestellt werden muß,1. the total failure of the mains power, at which the Power supply within a maximum of 30 seconds needs to be restored
  • 2. kurze Unterbrechungen des Netzstroms oder Absinken der Wechselstromfrequenz und/oder der Netzspannung unter jeweils vorbestimmte Werte über eine vorbestimmte Zeitspanne, und2. Short interruptions in the mains current or a drop in the AC frequency and / or the line voltage under each predetermined values over a predetermined period of time, and
  • 3. Schwankungen der Wechselstromfrequenz und/oder der Netz­ spannung um wenigstens ±1% im ersteren Fall und um +10% bis -8% im letzteren Fall über eine vorbestimmte Zeitspanne.3. Fluctuations in the AC frequency and / or the network voltage by at least ± 1% in the former case and by + 10% to -8% in the latter case over a predetermined period of time.

Der erste Einsatzfall ist mit einem automatisch arbeitenden Notstromaggregat herkömmlicher Ausführung beherrschbar, welches bei einem Notstromausfall selbsttätig anläuft und sich selbsttätig in die Stromversorgung einschaltet, sobald der Motor die notwendige Leistung abgibt. Der gesamte Vorgang darf nicht länger als 30 Sekunden dauern und dauert gewöhnlich mit Vorwärmen und Vorschmieren des Motors etwa 4 bis 10 Sekunden. The first application is with an automatic one Emergency generator of conventional design controllable, which starts up automatically in the event of an emergency power failure and automatically switches on as soon as the Engine delivers the necessary power. The whole process is allowed last no longer than 30 seconds and usually lasts with it Preheat and lubricate the engine for about 4 to 10 seconds.  

Für die Beherrschung des etwas schwierigeren zweiten Einsatzfalls verwenden herkömmliche Aggregate ein mit dem Wechselstrommotor und dem Generator gekoppeltes Schwungrad, welches über eine Magnetkupplung mit einem Dieselmotor koppelbar ist. Im Normalbetrieb arbeitet das Aggregat als Frequenzwandler, wobei die Verbraucher am Generator des Aggregats angeschlossen sind und das Schwungrad dauernd mit dem Generator gekoppelt ist.For mastering the somewhat more difficult second If necessary, conventional units use one with the AC motor and flywheel coupled to the generator, which via a magnetic coupling with a diesel engine can be coupled. In normal operation the unit works as Frequency converter, the consumers on the generator of the Are connected and the flywheel with the permanent Generator is coupled.

Bei einem Ausfall des Netzstroms wird ein Signal zum Anlassen des Dieselmotors erzeugt, aufgrund dessen der Motor etwa 4 bis 5 Sekunden nach der Erzeugung des Signals seine Soll-Leistung abgeben kann.If the mains power fails, a signal is given to start of the diesel engine, due to which the engine produces about 4 to 5 seconds after the signal is generated its target power can give up.

Während dieser Zeit gibt das Schwungrad einen Teil der in ihm gespeicherten kinetischen Energie ab, was jedoch zu einer entsprechenden Verringerung seiner Drehzahl und damit zu einem Absinken der Frequenz des an die Verbraucher gelieferten Wechselstroms führt. Je nach der Masse des Schwungrads bleibt dieses Absinken der Frequenz sowie das Ausmaß desselben auf eine mehr oder weniger kurze Zeitspanne beschränkt. In Anbetracht der Tatsache, daß es sich bei einem Schwungrad für solche Zwecke gewöhnlich um ein geschmiedetes Teil handelt, ist seine Masse durch die Abmessungen der für seine Fertigung vorhandenen Gesenke und anderer Einrichtungen begrenzt, wobei außerdem die bei einem sehr schweren Schwungrad auftretenden hohen mechanischen Belastungen die Verwendung von besonders verstärkten Lagern usw. erforderlich machen.During this time, the flywheel gives a part of that in it stored kinetic energy, but this leads to a corresponding reduction in its speed and thus to one Decrease in the frequency of deliveries to consumers AC leads. Depending on the mass of the flywheel remains this decrease in frequency as well as the extent of it limited to a more or less short period of time. In Given that a flywheel is for such purposes are usually a forged part its mass by the dimensions of its manufacturing existing dies and other facilities are limited, whereby also those that occur with a very heavy flywheel high mechanical loads the use of particularly require reinforced bearings, etc.

Der dritte Einsatzfall, bei welchem ohne einen totalen Ausfall lediglich Frequenz- und/oder Spannungsschwankungen auszugleichen sind, ist bisher nur durch die Verwendung von elektrischen Akkumulatoren beherrschbar. Dabei gibt es für die Beherrschung dieses Einsatzfalles bisher ein dynamisches und ein statisches Verfahren. The third application, in which without a total failure only frequency and / or voltage fluctuations To date, this can only be compensated for by using electric accumulators controllable. There is for Mastering this application is a dynamic and a static process.  

Von diesen wurde das dynamische Verfahren allgemein bis etwa zum Jahre 1975 angewendet und wurde seitdem weitgehend durch das statische Verfahren ersetzt. Aufgrund der größeren Zuverlässigkeit des dynamischen Verfahrens besteht jedoch seit einiger Zeit in den meisten Industrieländern die Tendenz, sich stärker auf dieses Verfahren abzustützen.Of these, the dynamic process became general to about applied to 1975 and has been largely used ever since replaces the static method. Because of the larger However, the reliability of the dynamic process has existed some time in most industrialized countries the tendency is to rely more heavily on this process.

Das dynamische Verfahren verwendet einen gesteuerten Gleichrichter zum Aufrechterhalten des Ladezustands der Akkumulatoren und für die Stromspeisung des den Generator antreibenden Motors.The dynamic method uses a controlled one Rectifier to maintain the state of charge of the Accumulators and for the power supply of the generator driving motor.

Im Normalbetrieb wird der Netzstrom gleichgerichtet und der erhaltene Gleichstrom wird gesteuert einem Gleichstrommotor zugeführt, mit dessen Welle ein die kritischen Verbraucher speisender Dreiphasen-Wechselstromgenerator gekoppelt ist.In normal operation, the mains current is rectified and the DC current obtained is controlled by a DC motor fed, with the wave of a critical consumer three-phase AC generator is coupled.

Bei Ausfall des Netzstroms wird der Strom für die Speisung des Gleichstrommotors von den Akkumulatoren geliefert, um die Drehzahl des Aggregats während einer durch die Kapazität der Akkumulatoren bestimmten Zeitspanne von gewöhnlich etwa 10 bis 20 Minuten unverändert aufrechtzuerhalten.If the mains power fails, the current for feeding the DC motor supplied by the accumulators to the Speed of the unit during a by the capacity of the Accumulators have a period of time of usually about 10 to Maintain unchanged for 20 minutes.

Bei dem statischen System ist das im dynamischen Verfahren verwendete Aggregat aus Motor und Generator durch einen z. B. aus Leistungs-Halbleiterelemente, z. B. Thyristoren oder Transistoren aufgebauten, drei- oder auch einphasigen Wechselrichter ersetzt. Dieser erzeugt einen Wechselstrom, dessen Frequenz, Spannung und Gehalt an harmonischen Schwingungen statisch und dynamisch auf wenigstens die meisten der angeschlossenen kritischen Verbraucher abgestimmt sind.In the static system, this is in the dynamic process used aggregate of engine and generator by a z. B. from power semiconductor elements, e.g. B. thyristors or Transistors built, three or single phase Inverters replaced. This generates an alternating current, its frequency, tension and harmonic content Vibrations statically and dynamically on at least most of the connected critical consumers are coordinated.

In beiden Verfahren ist die Autonomie des Systems durch die Kapazität der Akkumulatoren begrenzt, so daß eine zusätzliche Antriebsquelle, gewöhnlich ein Dieselmotor, unerläßlich ist. In both procedures, the autonomy of the system is due to the Capacity of the accumulators limited, so that an additional Drive source, usually a diesel engine, is essential.  

Das im dynamischen Verfahren verwendete System arbeitet zwar zuverlässiger als das im statischen Verfahren verwendete, erfordert dabei jedoch einen höheren Wartungsaufwand.The system used in the dynamic process works more reliable than that used in the static method, however, this requires more maintenance.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfach aufgebautes Notstromaggregat zu schaffen, das für die oben genannten verschiedenen Einsatzfälle verwendbar ist.It is an object of the present invention, a simple built emergency generator to create that for the above mentioned various applications can be used.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Einheit einen am Wechselstromgenerator angeordneten Spannungsregler aufweist, die Hochdruckpumpe direkt mit dem Dieselmotor gekoppelt ist, die Einheit allein durch den hydraulischen Motor bei einem Ausfall der Netzversorgung mit konstanter Drehzahl antreibbar ist und der Dieselmotor über die elektronische Steuerschaltung nach Bedarf zum Druckaufladen des Druckbehälters in Gang setzbar ist.This object is achieved in that the Unit arranged on the alternator Has voltage regulator, the high pressure pump directly with the Diesel engine is coupled to the unit by itself alone hydraulic motor in the event of a power failure constant speed can be driven and the diesel engine over the electronic control circuit as needed to charge the pressure Pressure vessel can be set in motion.

Diese Vorrichtung arbeitet durch den hydraulischen Antrieb des Frequenzwandlers sehr zuverlässig und gleichmäßig. Weiterhin ist sie zum Beherrschen der verschiedenen Einsatzfälle sehr gut geeignet und von relativ einfachem und durch die separate Anordnung des Dieselmotors flexiblem Aufbau.This device works through the hydraulic drive of the Frequency converter very reliable and even. Farther it is very good for mastering the various applications suitable and of relatively simple and by the separate Arrangement of the diesel engine flexible structure.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert.An exemplary embodiment of the invention is described below a drawing explained in more detail.

Die einzige Figur zeigt eine schematisierte Darstellung eines Notstromaggregats in einer Ausführungsform der Erfindung.The only figure shows a schematic representation of a Emergency generator in one embodiment of the invention.

In der Ausführungsform nach Fig. 1 erfolgt die Übertragung des Antriebs vom Dieselmotor 7 zum Wechselstromgenerator 2 über gestrichelt angedeutete hydraulische Leitungen, welche den Einlaß der Hochdruckpumpe 5 mit dem Vorratsbehälter und ihren Druckauslaß mit dem Druckbehälter 12 verbinden.In the embodiment according to FIG. 1, the transmission of the drive from the diesel engine 7 to the alternator 2 takes place via hydraulic lines indicated by dashed lines, which connect the inlet of the high-pressure pump 5 to the reservoir and its pressure outlet to the pressure vessel 12 .

In dieser Ausführungsform arbeitet der Dieselmotor 7 je nach Bedarf intermittierend, um den notwendigen Druck im Druckbehälter 12 aufrechtzuerhalten, d. h. um ausreichend Energie darin zu speichern, um den Antrieb des Generators zu gewährleisten, während der Dieselmotor anläuft und bis er die benötigte Leistung abgibt.In this embodiment, the diesel engine 7 operates intermittently as necessary to maintain the necessary pressure in the pressure vessel 12 , ie to store sufficient energy therein to ensure the drive of the generator while the diesel engine is starting up and until it delivers the required power.

Wenn in dieser Ausführungsform die Steuerschaltung 4 auf einen Ausfall der Netzstromversorgung anspricht, wird das Steuerventil 10 betätigt, um den Hydromotor 8 zu speisen, so daß dieser dann den Wechselstromgenerator 2 über die Kupplung 9 mit gleichbleibender Drehzahl antreibt.In this embodiment, if the control circuit 4 responds to a failure of the mains power supply, the control valve 10 is actuated to feed the hydraulic motor 8 so that it then drives the alternator 2 via the clutch 9 at a constant speed.

Der Dieselmotor 7 seinerseits bleibt nur solange in Betrieb, wie zur Aufrechterhaltung des für den ordnungsgemäßen Betrieb des Hydromotors 8 notwendigen Drucks im Druckbehälter 12 notwendig ist.The diesel engine 7 in turn remains in operation only as long as is necessary to maintain the pressure in the pressure vessel 12 necessary for the proper operation of the hydraulic motor 8 .

In dieser Ausführungsform liefert also der Hydromotor 8 die für den Antrieb des Wechselstromgenerators 2 notwendige Energie, während der Dieselmotor 7 nur nach Bedarf arbeitet, um den notwendigen Druck im Druckbehälter 12 aufrechtzuerhalten bzw. zu ergänzen.In this embodiment, the hydraulic motor 8 thus supplies the energy required to drive the alternator 2 , while the diesel motor 7 only works as required to maintain or supplement the pressure in the pressure vessel 12 .

In dieser Ausführungsform sind alle beschriebenen Komponenten jeweils gemeinsam auf einen Unterbau montiert, in welchen der Vorratsbehälter 11 und der Druckbehälter 12 sowie ein Treibstoffbehälter 13 für den Dieselmotor einbezogen sind.In this embodiment, all the components described are each mounted together on a substructure, in which the storage container 11 and the pressure container 12 and a fuel container 13 for the diesel engine are included.

Die Steuerschaltung 4 enthält beispielsweise einen Mikroprozessor, welcher die verschiedenen Funktionen, z. B. das Ingangsetzen und Stillsetzen des Motors sowie das Zusammenspiel der verschiedenen Funktionen derart steuert, daß die Drehzahl des Wechselstromgenerators sowohl bei vorhandener Netzstromversorgung als auch bei einem Ausfall der Netzstromversorgung stets konstant gehalten wird. The control circuit 4 contains, for example, a microprocessor which performs the various functions, e.g. B. controls the starting and stopping of the engine and the interaction of the various functions in such a way that the speed of the alternator is always kept constant both when the mains supply is present and when the mains supply fails.

Zum Zweck der Fernsteuerung und/oder Fernüberwachung kann die Steuerschaltung über eine besondere Verkabelung oder über Mikroprozessor-Verbindungsleitungen des Standardtyps RS-232, RS-422 mit einer Fernsteuerungseinheit oder auch mit einem externen Rechnernetz verbunden sein.For the purpose of remote control and / or remote monitoring, the Control circuit via special wiring or via Microprocessor connection cables of the standard type RS-232, RS-422 with a remote control unit or with one external computer network.

Dabei kann die Anlage von einem schalldämmenden Gehäuse umgeben und/oder auf einem gegebenenfalls motorisierten Fahrgestell montiert sein.The system can be surrounded by a sound-absorbing housing and / or on an optionally motorized chassis be mounted.

Claims (6)

1. Notstromaggregat für eine unterbrechungsfreie Stromversorgung mit einem Wechselstrommotor (1) und einem fest mit diesem gekoppelten Wechselstromgenerator (2) als eine als Frequenzwandler wirksame Einheit, einem hydraulischen Motor (8), der mit dem Wechselstromgenerator (2) gekoppelt ist, einem Dieselmotor (7), einer mit dem Wechselstrommotor (1) gekoppelten Hochdruckpumpe (5), einer Steuerschaltung (4) zum Steuern der verschiedenen Funktionen des Aggregats, einem Unterbau, auf dem die einzelnen Komponenten des Notstromaggregats angeordnet sind, und einem Hochdruckbehälter (12) und einem Vorratsbehälter (11), die mit dem hydraulischen Motor (8) und der Hochdruckpumpe (5) zum Bilden eines energiespeichernden Druckkreises verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit einen am Wechselstromgenerator (2) angeordneten Spannungsregler (3) aufweist, die Hochdruckpumpe (5) direkt mit dem Dieselmotor (7) gekoppelt ist, die Einheit allein durch den hydraulischen Motor (8) bei einem Ausfall der Netzversorgung mit konstanter Drehzahl antreibbar ist und der Dieselmotor (7) über die elektronische Steuerschaltung (4) nach Bedarf zum Druckaufladen des Druckbehälters (12) in Gang setzbar ist.1. Emergency generator for an uninterruptible power supply with an AC motor ( 1 ) and an AC generator ( 2 ) permanently coupled to it as a unit that acts as a frequency converter, a hydraulic motor ( 8 ) that is coupled to the AC generator ( 2 ), a diesel engine ( 7 ), a high-pressure pump ( 5 ) coupled to the AC motor ( 1 ), a control circuit ( 4 ) for controlling the various functions of the unit, a substructure on which the individual components of the emergency power unit are arranged, and a high-pressure container ( 12 ) and one Storage containers ( 11 ) which are connected to the hydraulic motor ( 8 ) and the high-pressure pump ( 5 ) to form an energy-storing pressure circuit, characterized in that the unit has a voltage regulator ( 3 ) arranged on the AC generator ( 2 ), the high-pressure pump ( 5 ) is directly coupled to the diesel engine ( 7 ), the unit by the hydraulic motor ( 8 ) can be driven at a constant speed in the event of a power supply failure and the diesel motor ( 7 ) can be set in motion via the electronic control circuit ( 4 ) as required for charging the pressure vessel ( 12 ). 2. Notstromaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochdruckbehälter (12) und der Vorratsbehälter (11) sowie ein Brennstoffbehälter (13) zum Versorgen des Dieselmotors (7) in den Unterbau einbezogen sind. 2. Emergency power unit according to claim 1, characterized in that the high pressure container ( 12 ) and the storage container ( 11 ) and a fuel container ( 13 ) for supplying the diesel engine ( 7 ) are included in the substructure. 3. Notstromaggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Druckbehälter (12) und dem hydraulischen Motor (8) ein Ventil (10) angeordnet ist, welches über die Steuerschaltung (4) derart steuerbar ist, daß bei einem Ansprechen der Steuerschaltung auf einen Ausfall der Netzstromversorgung der hydraulische Motor (8) in Gang setzbar ist, wobei die Drehzahl des Wechselstromgenerators (2) durch den hydraulischen Motor (8) konstant gehalten ist.3. Emergency generator according to claim 1 or 2, characterized in that between the pressure vessel ( 12 ) and the hydraulic motor ( 8 ) a valve ( 10 ) is arranged, which can be controlled via the control circuit ( 4 ) such that when the Control circuit on a failure of the mains power supply of the hydraulic motor ( 8 ) can be started, the speed of the alternator ( 2 ) being kept constant by the hydraulic motor ( 8 ). 4. Notstromaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es von einem schalldämmenden Gehäuse umgeben ist und mit diesem eine kompakte geschlossene Einheit bildet.4. emergency generator according to one of claims 1 to 3, characterized in that it is of a sound absorbing Housing is surrounded and with this a compact forms a closed unit. 5. Notstromaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Einheit auf einem gegebenenfalls motorisierten Fahrgestell montierbar ist.5. emergency generator according to one of claims 1 to 4, characterized in that the entire unit on one if necessary, motorized chassis can be mounted. 6. Notstromaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es über eine herkömmliche Verkabelung, über eine Mikroprozessor-Verbindungsleitung des Standard-Typs RS-232, RS-422 oder über andere Verbindungseinrichtungen mit einer Fernsteuer- und/oder Fernüberwachungseinrichtung oder mit einem externen Rechnernetz verbunden ist.6. emergency generator according to one of claims 1 to 5, characterized in that it has a conventional Wiring, via a microprocessor connection line of the standard type RS-232, RS-422 or other Connection devices with a remote control and / or Remote monitoring device or with an external Computer network is connected.
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